JP2003010997A - ハンダ組成物 - Google Patents

ハンダ組成物

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 フラックス残渣の洗浄を必要とせず、かつ粘
度や印刷性、ハンダ付け性などの経時変化が起こりにく
く、エポキシ系フラックスおよび鉛フリーＳｎＺｎ系合
金を含有するハンダ組成物を提供する。 【解決手段】 鉛フリーＳｎＺｎ系合金と、少なくとも
エポキシ樹脂および有機カルボン酸を含有するハンダ付
け用フラックスとを含有するハンダ組成物において、有
機カルボン酸が室温（２５℃）においてハンダ組成物中
に固体で分散されているか、有機カルボン酸が１００〜
２００ｇ／ｍｏｌの分子量を有するか、有機カルボン酸
またはＳｎＺｎ系合金がエポキシ樹脂、ポリイミド樹
脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエス
テル樹脂、ポリウレア樹脂、ポリオレフィン樹脂、およ
びポリスルホン樹脂からなる群から選択された膜に覆わ
れたマイクロカプセル構造を形成しているハンダ組成
物。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フラックスの洗浄
を必要とせず、印刷性やハンダ付け性等の経時変化が起
こりにくい鉛フリーハンダ組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ハンダ付け用フラックスの多くは
ロジンやロジン変性樹脂に有機酸、ハロゲン化塩からな
る活性剤を添加したものである。ロジンはフラックスの
主成分となるものであり、これを溶剤で溶解して適度な
粘度にすると印刷性が良好となり、またロジンの粘着性
は電子部品を仮止めしてプリント基板からの落下やずれ
を防止する。ロジン中にはアビエチン酸という活性成分
が含まれていて、アビエチン酸だけでもある程度ハンダ
付け性に効果がある。クリームハンダのフラックスに用
いられるロジンとしては、天然ロジン、重合ロジン、不
均化ロジン、水添ロジン、マレイン酸変性ロジン等があ
る。しかしながら、これらのロジンを含有するロジン系
フラックスはハンダ付け作業終了後に残渣としてプリン
ト回路板上に残り、この残渣が基材の腐食やマイグレー
ション等の原因になることが多かった。また、残渣の残
ったプリント回路板を樹脂（シリコーンゲル、エポキシ
樹脂など）で封止する場合、残渣が原因で封止樹脂の硬
化阻害を起こし、裏板との接着性、絶縁性にも影響を及
ぼすことがある。そこで、残渣を除去するため、ハンダ
付け作業後は代替フロンや有機溶剤での洗浄を行ってい
る。しかしながら、フロンやＶＯＣなどの環境問題によ
り、洗浄剤が規制されているのが現状である。
【０００３】フラックス残渣の洗浄無しでも、基材の腐
食やマイグレーションを起こさず、封止樹脂の硬化阻害
を起こさないフラックスの１つにエポキシ系フラックス
がある。エポキシ系フラックスは、主成分として、エポ
キシ樹脂、カルボン酸、アミン、チクソ剤などから成
る。このような成分を含むエポキシ系フラックスを含有
するクリームハンダを用いてプリント基板部品実装した
場合、リフローハンダ付け時にカルボン酸によって導体
表面の活性化すると同時にエポキシ樹脂とカルボン酸が
硬化反応を起こし、ハンダが溶融し部品が接着したころ
に硬化反応が終了するように設計されている。リフロー
後、エポキシ樹脂硬化物がフラックス残渣として残る。
このエポキシ樹脂硬化物は、一般的に使われているロジ
ン系フラックスの残渣と比べ、部品ハンダ付け後、無洗
浄で樹脂封止してもプリント回路板と封止樹脂の接着性
を妨げることなく、絶縁的にも優れている（特開２００
０−２１６３００号公報）。
【０００４】一方、フラックスと混ぜ合わせるハンダ合
金としては、ＳｎＰｂ合金が一般的に使われている。Ｓ
ｎＰｂ合金は、ハンダ付け性がきわめて良好であり、ま
た、共晶組成（６３Ｓｎ３７Ｐｂ）の溶融温度が１８３
℃と低く、そのハンダ付け温度は２５０℃以下であり、
熱に弱い電子部品に対しては熱損傷を与えることがな
い。しかし、近年、環境的な問題から、鉛を含まないハ
ンダ、いわゆる鉛フリーハンダが望まれている。
【０００５】鉛フリーハンダに用いられる合金として、
Ｓｎ主成分のＳｎＡｇ合金やＳｎＳｂ合金がある。Ｓｎ
Ａｇ合金では最も低い溶融温度の組成がＳｎ３．５Ａｇ
の共晶組成で、その溶融温度が２２１℃である。この組
成のハンダ合金のハンダ付け温度は２６０〜２８０℃と
いうかなり高い温度であり、この温度でハンダ付けを行
うと熱に弱い電子邸品は熱損傷を受けて機能劣化や破壊
などを起こしてしまう。また、ＳｎＳｂ合金では最も低
い溶融温度の組成がＳｎ５Ｓｂであるが、この組成の溶
融温度は、固相線温度が２３５℃、液相線温度が２４０
℃という高い温度であるため、ハンダ付け温度は、Ｓｎ
３．５Ａｇ合金よりもさらに高い２８０〜３００℃とな
り、同様に熱に弱い電子部品を熱損傷させてしまう。
【０００６】そこで最近では、ＳｎＡｇ合金やＳｎＳｂ
合金よりも溶融温度の低い、鉛フリーのＳｎＺｎ合金の
ハンダが注目されるようになってきた。ＳｎＺｎ合金を
用いた場合、例えばＳｎ９Ｚｎの組成では共晶となり、
その溶融温度は１９９℃であるため、ＳｎＰｂ共晶ハン
ダに近い溶融温度となり、ＳｎＡｇ合金やＳｎＳｂ合金
よりもハンダ付け温度が低く、熱に弱い電子部品に対す
る熱損傷を小さくできる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ロジン系フラックスを用いて鉛フリーＳｎＺｎ系合金の
クリームハンダを製造すると、製造直後では印刷性やハ
ンダ付け性などは従来のクリームハンダとほとんど変わ
りないが、例えば室温において保存する場合など、しば
らく時間が経過すると該クリームハンダの粘度が高くな
り、印刷性が悪くなるばかりでなく、ハンダ付け性も悪
くなってしまう。さらに時間の経過とともにＳｎＺｎ系
のクリームハンダは粘度がさらに高くなり、全く印刷不
可能な状態になってしまう。このような状態になってし
まうと、たとえ溶剤を追加して粘度を下げてから印刷し
ても、ＳｎＺｎ合金粉末は溶融せず、ハンダ付けができ
なくなってしまう。
【０００８】また、フラックス残渣の洗浄を不要にする
ためにエポキシ系フラックスを用いてＳｎＺｎ系合金の
クリームハンダ組成物を製造した場合においても、ロジ
ン系フラックスを用いた場合と同様に、粘度、印刷性、
およびハンダ付け性の経時変化の弊害が生ずる。
【０００９】本発明の目的は、上記問題点を解決するも
のであり、フラックス残渣の洗浄を必要とせず、かつ粘
度や印刷性、ハンダ付け性などの経時変化の起こりにく
く、エポキシ系フラックスおよび鉛フリーＳｎＺｎ系合
金を含有するハンダ組成物を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鉛フリー
ＳｎＺｎ系合金とエポキシ系フラックスとを含有するク
リームハンダ組成物において、上記のような粘度、印刷
性、およびハンダ付け性などの経時変化が生ずる原因
は、ＳｎＺｎ系合金中のＺｎ成分の反応性が高く、該Ｚ
ｎ成分が時間経過とともにエポキシ系フラックス中の成
分、主として有機カルボン酸と反応してしまうためであ
ると考えた。そこで、上記ハンダ組成物に含有されるＺ
ｎと有機カルボン酸との反応性を抑えることにより、上
記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた
ものである。
【００１１】すなわち、本発明の第１の態様は、鉛フリ
ーＳｎＺｎ系合金と、少なくともエポキシ樹脂および有
機カルボン酸を含有するハンダ付け用フラックスと、を
含有するハンダ組成物であって、前記有機カルボン酸が
室温（２５℃）において前記ハンダ組成物中に固体で分
散されていることを特徴とするハンダ組成物である。
【００１２】本発明の第２の態様は、鉛フリーＳｎＺｎ
系合金と、少なくともエポキシ樹脂および有機カルボン
酸を含有するハンダ付け用フラックスと、を含有するハ
ンダ組成物であって、前記有機カルボン酸は１００〜２
００ｇ／ｍｏｌの分子量を有する有機カルボン酸である
ことを特徴とするハンダ組成物である。
【００１３】上記本発明のハンダ組成物において、前記
有機カルボン酸が室温（２５℃）において前記ハンダ組
成物中に固体で分散されていることが好ましい。
【００１４】本発明の第３の態様は、鉛フリーＳｎＺｎ
系合金と、少なくともエポキシ樹脂および有機カルボン
酸を含有するハンダ付け用フラックスと、を含有するハ
ンダ組成物であって、前記有機カルボン酸がエポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミ
ド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレア樹脂、ポリオレ
フィン樹脂、およびポリスルホン樹脂からなる群から選
択された膜に覆われたマイクロカプセル構造を形成して
いるハンダ組成物である。
【００１５】本発明の第４の態様は、鉛フリーＳｎＺｎ
系合金と、少なくともエポキシ樹脂および有機カルボン
酸を含有するハンダ付け用フラックスと、を含有するハ
ンダ組成物であって、前記ＳｎＺｎ系合金がエポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミ
ド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレア樹脂、ポリオレ
フィン樹脂、およびポリスルホン樹脂からなる群から選
択された膜に覆われたマイクロカプセル構造を形成して
いるハンダ組成物である。
【００１６】上記本発明のハンダ組成物において、前記
エポキシ樹脂が、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビ
スフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ
樹脂、脂環式エポキシ樹脂、およびこれらの混合物から
なる群から選択されることが好ましい。
【００１７】上記本発明のハンダ組成物において、アル
コールをさらに含有することが好ましい。
【００１８】上記本発明のハンダ組成物において、前記
アルコールが多価アルコールであることが好ましい。
【００１９】上記本発明のハンダ組成物において、前記
有機カルボン酸が、飽和脂肪族系ジカルボン酸、不飽和
脂肪族系ジカルボン酸、環状脂肪族系ジカルボン酸、ア
ミノ基含有カルボン酸、水酸基含有カルボン酸、複素環
系ジカルボン酸、およびこれらの混合物の群から選択さ
れることが好ましい。
【００２０】上記本発明のハンダ組成物において、前記
有機カルボン酸が１３０〜２２０℃の融点を有すること
が好ましい。
【００２１】上記本発明のハンダ組成物において、前記
フラックス中、前記エポキシ樹脂および有機カルボン酸
はフラックス全量に対して合計で７０〜１００質量％で
含有され、前記アルコールはフラックス全量に対して０
〜３０質量％で含有され、前記エポキシ樹脂および有機
カルボン酸はエポキシ基１．０当量に対してカルボキシ
ル基０．８〜２．０当量であるように配合されているこ
とが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】上記のように、本発明のハンダ組
成物は、鉛フリーＳｎＺｎ系合金と、少なくともエポキ
シ樹脂および有機カルボン酸を含有するハンダ付け用フ
ラックスと、を含有するハンダ組成物である。鉛フリー
ＳｎＺｎ系合金は、ＳｎＡｇやＳｎＳｂなどの他の鉛フ
リーのＳｎ含有合金より溶融温度が低いため、結果とし
てリフローハンダ付けにおいて熱に弱い電子部品の熱損
傷をより小さくできる。また、エポキシ系フラックスを
用いることにより、基板の腐食やマイグレーション、さ
らには封止樹脂の硬化阻害を起こさずに、該フラッック
スの洗浄を不要とすることができる。
【００２３】上記鉛フリーＳｎＺｎ系合金には、ＳｎＺ
ｎ、ＳｎＺｎＢｉ、ＳｎＺｎＩｎが含まれるが、これら
に限定するものではない。好ましくは、Ｓｎを主成分と
し、Ｚｎが５〜１５質量％、ＢｉまたはＩｎが１０質量
％以下であって、約１８０〜２１０℃の融点を有するＳ
ｎＺｎ系合金である。Ｓｎ９Ｚｎの共晶組成（融点１９
９℃）、Ｓｎ８Ｚｎ３Ｂｉ（融点１９７℃）、Ｓｎ８Ｚ
ｎ６Ｂｉ（融点１９４℃）、およびＳｎ９Ｚｎ４Ｉｎ
（融点１９０℃）がより好適である。
【００２４】上記フラックス成分として含有されるエポ
キシ樹脂は、室温（２５℃）において液状であり、固体
（粉末）ハンダ組成成分と混ぜてクリームハンダ等にす
る働きと、ハンダ付け時に有機カルボン酸と硬化反応を
起こして余分なカルボン酸を硬化物に変えてフラックス
の洗浄を不要とする働きを有する。エポキシ樹脂硬化物
は、部品ハンダ付け後、無洗浄で樹脂封止してもプリン
ト回路板と封止樹脂の接着性を妨げることなく、また絶
縁性も優れる。該エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボ
ラック型エポキシ村脂、脂環式エポキシ樹脂、およびこ
れらの混合物から選択されることが好ましい。より好ま
しくは、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂である。
【００２５】上記フラックス成分として含有される有機
カルボン酸は、活性剤としての働き、すなわちハンダ付
け加工時にプリント基板の導体パターン（銅など）の酸
化膜と、ハンダ合金表面の酸化膜を除去して導体パター
ンにハンダ材が濡れ易くする働きを有するほか、上記エ
ポキシ樹脂と硬化反応にも用いられる。本発明フラック
スには、該有機カルボン酸以外の活性剤（アミン、ハロ
ゲン系活性剤など）を用いる必要はない。本発明のハン
ダ組成物において、１３０〜２２０℃の融点を有する有
機カルボン酸は好適に用いることができ、さらに後述す
るカルボン酸のうち１３０〜２２０℃の融点を有する有
機カルボン酸をより好適に用いることができる。１３０
〜２２０℃の融点を有する有機カルボン酸とした理由
は、融点が１３０℃未満のカルボン酸ではプリント基板
の導体表面の活性化の前にカルボン酸が溶融するため、
これにより先にＳｎＺｎ系合金中のＺｎとカルボン酸が
反応してしまい、導体表面に対する濡れ性が悪くなる。
一方、融点が２２０℃より大きいカルボン酸では、リフ
ロー中にカルボン酸が溶融しにくく、活性化とエポキシ
樹脂との硬化反応が起こりにくいからである。
【００２６】以下に、上記の各実施態様の本発明ハンダ
組成物についてより詳細に説明する。
【００２７】本発明ハンダ組成物の第１の態様は、鉛フ
リーＳｎＺｎ系合金と、少なくともエポキシ樹脂および
有機カルボン酸を含有するハンダ付け用フラックスと、
を含有するハンダ組成物であって、前記有機カルボン酸
が室温（２５℃）において上記ハンダ組成物中に固体で
分散されているハンダ組成物である。
【００２８】上記態様のハンダ組成物において、上記カ
ルボン酸が室温ではＳｎＺｎ系合金中のＺｎと反応する
有機カルボン酸が固形の粉末でハンダ組成物中に分散さ
れ、Ｚｎとの接触が少なくなるためにＺｎとの反応が抑
制でき、保存等に伴う経時変化が起こりにくくなる。ハ
ンダ付け時において加熱されると、ＳｎＺｎ系合金が溶
融する前に有機カルボン酸が溶融し、ハンダ組成物中に
拡散し、ＳｎＺｎ系合金またはハンダ付け面との接触が
多くなり、ハンダ粉末の活性化とハンダ付け面の活性化
を起こす。それと同時にエポキ樹脂と有機カルボン酸が
硬化反応を起こすため、本来のフラックスとしての機能
は維持することができる。
【００２９】フラックスの調製において、通常は、均一
なフラックスとするために活性剤であるカルボン酸を他
のフラックス成分とともに加熱溶融後撹拌し冷却して調
製するが、該調製によると該カルボン酸は室温において
はエポキシ樹脂と同様に液状として存在するため、この
ような液状カルボン酸を含むフラックスを用いたＳｎＺ
ｎ系合金ハンダでは該カルボン酸とＺｎとの接触が多く
なり、ハンダ組成物の上記経時変化が起こってしまう。
一方、このような調製を行わず、有機カルボン酸を含む
フラックスをＳｎＺｎ系合金と室温で混ぜ合わせて本発
明のハンダ組成物を調製することにより、有機カルボン
酸が固形でハンダ組成物中に分散されているハンダ組成
物を製造することができ、上記の通り、ハンダ組成物の
経時変化が抑制できる。
【００３０】上記態様で用いられる有機カルボン酸は、
飽和脂肪族系ジカルボン酸、不飽和脂肪族系ジカルボン
酸、環状脂肪族系ジカルボン酸、アミノ基含有カルボン
酸、水酸基含有カルボン酸、複素環系ジカルボン酸、お
よびこれらの混合物の群から選択されることが好まし
い。具体的には、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、
アゼライン酸、ドデカン二酸、イタコン酸、メサコン
酸、シクロブタンジカルボン酸、シクロヘキサンジカル
ボン酸、シクロヘキセンジカルボン酸、シクロペンタン
テトラカルボン酸、メチルアジピン酸、Ｌ−グルタミン
酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、ピラジンジカルボン
酸、ジグリコール酸、フェニレン二酢酸、カテコール二
酢酸、チオプロピオン酸、チオジブチル酸ジチオグリコ
ール酸が含まれる。
【００３１】本発明ハンダ組成物の第２の態様は、鉛フ
リーＳｎＺｎ系合金と、少なくともエポキシ樹脂および
有機カルボン酸を含有するハンダ付け用フラックスと、
を含有するハンダ組成物であって、前記有機カルボン酸
は１００〜２００ｇ／ｍｏｌの分子量を有するハンダ組
成物である。該有機カルボン酸は、下記のように、Ｓｎ
Ｚｎ中のＺｎと塩を形成することを特徴とする。
【００３２】従来のロジン系フラックスを用いると、活
性成分として分子量の大きいロジン（分子量約３００〜
１０００ｇ／ｍｏｌ）が含まれているため、時間が経つ
とＳｎＺｎ中のＺｎとロジンとが反応してしまい、分子
量の大きい塩を形成してしまうため、クリームハンダの
粘度や印刷性、ハンダ付け性などの経時変化が激しい。
しかしながら、エポキシ系フラックスにおいて低分子量
の有機カルボン酸を用いると、該有機カルボン酸はＺｎ
と低分子量の塩を形成するため、経時変化が少なくな
る。また、低分子量のカルボン酸とＺｎの低分子量の塩
を予め形成させてしまうことで保存中に酸化や他の成分
との反応を抑えられるため、安定となり、経時変化が少
なくなる。
【００３３】「低分子量の有機カルボン酸」とは、上記
のように、分子量が１００〜２００ｇ／ｍｏｌの有機カ
ルボン酸である。分子量が１００〜２００ｇ／ｍｏｌの
有機カルボン酸としたのは、分子量が１００ｇ／ｍｏｌ
未満となると有機カルボン酸の反応性が高くなり、Ｓｎ
Ｚｎ系合金中のＺｎとの反応が激しく起こるからである
一方、２００ｇ／ｍｏｌより大きいと有機カルボン酸と
合金中のＺｎとが形成する塩の分子量が大きくなり経時
変化を起こすからである。より好ましくは、１３０〜１
８０ｍｏｌ／ｇの有機カルボン酸である。
【００３４】上記態様で用いられる有機カルボン酸は、
分子量が１００〜２００ｇ／ｍｏｌの有機カルボン酸で
あって、飽和脂肪族系ジカルボン酸、不飽和脂肪族系ジ
カルボン酸、環状脂肪族系ジカルボン酸、アミノ基含有
カルボン酸、水酸基含有カルボン酸、複素環系ジカルボ
ン酸、およびこれらの混合物から選択されることが好ま
しい。より具体的には、コハク酸、グルタル酸、アジピ
ン酸、アゼライン酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサ
コン酸、シクロブタンジカルボン酸、シクロヘキサンジ
カルボン酸、シクロヘキセンジカルボン酸、ジメチルグ
ルタル酸、メチルアジピン酸、Ｌ−グルタミン酸、アス
パラギン酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、ピリジンジ
カルボン酸、ピラジンジカルボン酸、ジグリコール酸、
フェニレン二酢酸、チオプロピオン酸、チオシブチル
酸、およびジチオグリコール酸が挙げられる。好ましく
は、シクロヘキセンジカルボン酸、Ｌ−グルタミン酸、
ジメチルグルタル酸、およびイタコン酸である。
【００３５】本態様のハンダ組成物に含まれる有機カル
ボン酸は、室温（２５℃）において前記ハンダ組成物中
に固体で分散されていてもよいし、液体として分散され
ていてもよい。有機カルボン酸が室温（２５℃）におい
て液体として分散されている場合とは、フラックスの調
製において、均一なフラックスとするために活性剤であ
るカルボン酸を他のフラックス成分とともに加熱溶融後
撹拌し冷却してフラックスを調製し、次いでハンダ合金
と混合したような場合である。上記の低分子量有機カル
ボン酸を用いるとこのような液状カルボン酸を含むフラ
ックスを用いたＳｎＺｎ系合金ハンダでも経時変化を抑
制できる。しかしながら、上記のように、有機カルボン
酸とＺｎとの接触が少なくなるとの観点から、有機カル
ボン酸は、室温（２５℃）においてハンダ組成物中に固
体で分散されている方が好ましい。例えば室温で粉末の
有機カルボン酸をエポキシ樹脂と混ぜてフラックスを調
製し、該フラックスとＳｎＺｎ系合金とを混ぜ合わせる
ことにより、有機カルボン酸をハンダ組成物中に固体で
分散させることができる。
【００３６】本発明ハンダ組成物の第３の態様は、鉛フ
リーＳｎＺｎ系合金と、少なくともエポキシ樹脂および
有機カルボン酸を含有するハンダ付け用フラックスと、
を含有するハンダ組成物であって、前記有機カルボン酸
がエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹
脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレア樹
脂、ポリオレフィン樹脂、およびポリスルホン樹脂から
なる群から選択された膜に覆われたマイクロカプセル構
造を形成しているハンダ組成物である。
【００３７】上記態様のハンダ組成物では、室温におい
てＳｎＺｎ系合金中のＺｎ成分と反応性が高い有機カル
ボン酸がポリイミド等の不活性な膜に覆われているた
め、該有機カルボン酸とＺｎとの反応が抑制でき、ハン
ダ組成物の経時変化が起こりにくくなる。しかし、ハン
ダ付けの際、リフロー中に熱が加わると、膜が割れ、有
機カルボン酸が溶出して、ハンダ付け面の活性化とハン
ダ粉末の活性化を起こす。それと同時にエポキシ村脂と
有機カルボン酸が硬化反応を起こすため、本来のフラッ
クスとしての機能は維持することができる。
【００３８】上記マイクロカプセル構造は、マイクロカ
プセル化することができればよく、界面重合法、液中乾
燥法、スプレイドライ法、真空蒸着被膜法などの公知の
方法により調製することができる。
【００３９】上記態様で用いられる有機カルボン酸は、
飽和脂肪族系ジカルボン酸、不飽和脂肪族系ジカルボン
酸、環状脂肪族系ジカルボン酸、アミノ基含有カルボン
酸、水酸基含有カルボン酸、複素環系ジカルボン酸、お
よびこれらの混合物から選択されることが好ましく、該
カルボン酸にポリイミドなどの膜を覆いマイクロカプセ
ル構造とする。
【００４０】本発明の第４の態様は、鉛フリーＳｎＺｎ
系合金と、少なくともエポキシ樹脂および有機カルボン
酸を含有するハンダ付け用フラックスと、を含有するハ
ンダ組成物であって、前記ＳｎＺｎ系合金がエポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミ
ド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレア樹脂、ポリオレ
フィン樹脂、およびポリスルホン樹脂からなる群から選
択された膜に覆われたマイクロカプセル構造を形成して
いることを特徴とするハンダ組成物である。
【００４１】上記態様のハンダ組成物では、室温におい
て有機カルボン酸との反応性が高いＺｎを構成成分とし
て有するＳｎＺｎ系合金が不活性な膜に覆われているた
め、該カルボン酸との反応が抑制でき、経時変化が起こ
りにくくなる。一方、ハンダ付けの時、リフロー中に熱
が加わると、膜が割れ、ハンダ合金粉末が溶出し、ハン
ダ合金融点以上の温度になるとハンダが溶融し、ハンダ
付けが可能となる。
【００４２】上記マイクロカプセル構造は、マイクロカ
プセル化することができればよく、界面重合法、液中乾
燥法、スプレイドライ法、真空蒸着被膜法などの公知の
方法により調製することができる。
【００４３】本発明ハンダ組成物において、フラックス
成分にはさらに溶剤としてのアルコールを含有すること
が好ましい。該アルコール成分は、カルボン酸を溶解
し、フラックスの粘度を低下させる成分である。さら
に、エポキシ樹脂は該アルコールとも反応するため、該
アルコールは残渣として残らない。ただし、本発明フラ
ックス中に該アルコールが含まれない場合も鉛フリーハ
ンダ対応可能なフラックスとして使用することができ
る。本発明ハンダ付け用フラックスに使用できるアルコ
ールには、メチルアルコール、エチルアルコール、プロ
ピルアルココール、ブチルアルコール、イソブチルアル
コール、アミルアルコール、イソアミルアルコール、ア
リルアルコール、シクロヘキサノール、および多価アル
コール、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコ
ール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコ
ール、プロピレングリコール、オクチングリコール、ポ
リエチレングリコール、プロパンジオール、およびグリ
セリンなどが挙げられ、これらの混合物であってもよ
い。好ましくは、多価アルコールであり、より好ましく
はエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエ
チレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピ
レングリコール、ポリエチレングリコール、プロパンジ
オール、およびグリセリンである。
【００４４】上記フラックスには、必要に応じて、チク
ソ剤、キレート化剤、脱泡剤、界面活性剤、および酸化
防止剤などの添加剤がさらに添加されていてもよい。こ
れらの添加剤は、フラックス全量に対してチクソ剤０〜
５重量％、キレート剤０〜５質量％、脱泡剤０〜１質量
％、界面活性剤０〜２重量％、酸化防止剤０〜３質量％
で含有することが好ましい。
【００４５】上記ハンダ組成物は、上記フラックス中
に、前記エポキシ樹脂および有機カルボン酸はフラック
ス全量に対して合計で７０〜１００質量％で含有され、
前記アルコールはフラックス全量に対して０〜３０質量
％で含有され、前記エポキシ樹脂および有機カルボン酸
はエポキシ基１．０当量に対してカルボキシル基０．８
〜２．０当量であるように配合されていることが好まし
い。エポキシ樹脂と有機カルボン酸の配合をエポキシ基
１．０当量に対してカルボキシル墓０．８〜２．０当量
になるように配合したのは、カルボキシル基が０．８当
量より少ない場合には、カルボン酸の活性力が低くな
り、ハンダ濡れ性が悪くなるからであり、カルボキシル
基が別２．０当量より多い場合には、過剰の固体カルボ
ン酸がフラックスの流動性などを悪くし、それによりハ
ンダ濡れ性などが悪くなるからである。好ましいエポキ
シ樹脂と有機カルボン酸の配合比として、エポキシ基
１．０当量に対してカルボキシル基１．０〜１．３当量
となるように配合し、より好ましくカルボキシル基１．
０当量になるように配合する。また、フラックス全量に
対してエポキシ樹脂および有機カルボン酸が７０〜１０
０重量％含有されているのは、７０質量％より少ない場
合には、カルボン酸の活性力が低下し、ハンダ漏れ性が
悪くなるからである。また、アルコールがフラックス全
量に対して０〜３０質量％含有されているのは、３０重
量％より多い場合には、封止樹脂、特にシリコーンゲル
の硬化阻害を引き起こすからである。好ましくは、フラ
ックス全量に対してエポキシ樹脂および有機カルボン酸
が７５〜８５質量％含右され、アルコールが１５〜２５
質量％含有される。より好ましくは、フラックス全量に
対してエポキシ樹脂および有機カルボン酸が７７重量％
含有され、アルコールが２３質量％含有される。上記の
ような配合のフラックスを用いることにより、ＳｎＺｎ
系合金が溶融する前に活性剤であるカルボン酸の多くが
エポキシ樹脂との硬化反応に消費され活性力が維持でき
なくなったり、また、フラックスの流動性が悪くなるこ
とによりハンダ濡れ性等が悪くなることを防止できる。
【００４６】以下に、フラックス無洗浄で使用できる本
発明のハンダ組成物のハンダ付けについて説明する。本
発明のハンダ組成物のハンダ付けにおいて、例えば、電
子部品のリフローハンダ付け工程において、ＳｎＺｎ系
鉛フリーハンダが溶融する前にまずエポキシ系フラック
スの反応が始まり、その活性剤である有機カルボン酸が
ハンダ接合面を清浄する。続いて加熱温度の上昇により
鉛フリーハンダが溶融して電子部品とプリント基板の導
体パターンとの間がハンダ付けされる。この間にもフラ
ックスの硬化反応が進み、ハンダ付けの終了とほぼ同じ
くらいに、あるいはハンダ付け後の加熱（封止樹脂の硬
化など）により反応が終了し、硬化したエポキシ樹脂が
ハンダ付け箇所を覆ってその接合部を補強するようにな
る。なお、リフローハンダ付け状態では、プリント基板
上におけるハンダ付け箇所に過剰なカルボン酸を含むエ
ポキシ系フラックスの残渣が存在する。次いで、プリン
ト基板を無洗浄のまま、その周域を封止樹脂（エポキシ
樹脂やシリコーンゲルなど）で封止すると、フラックス
残渣に含まれている残留カルボン酸と封止樹脂とが反応
し、この硬化反応によりカルボン酸がほとんど消費され
てその腐食性が低減するとともに、エポキシ系フラック
スの主成分であるエポキシ樹脂と射止樹脂とが強固に結
合し合う。したがって、上記エポキシ系フラックスを用
いれば、ハンダ濡れ性が良く、ハンダ付け後にフラック
ス残渣無洗浄であっても絶縁信頼性が良く、封止樹脂の
硬化阻害を起こさない。
【００４７】
【実施例】以下に、本発明のハンダ組成物に関して、実
施例および比較例により具体的に説明する。
【００４８】（実施例１）ｃｉｓ−４−シクロヘキセン
−１，２−ジカルボン酸（融点１６７℃；分子量１７
０）４．４２ｇを乳鉢で微粉末に粉砕し、これをトリエ
チレングリコール４．３３ｇとエポキシ樹脂ＡＥＲ２６
０（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、エポキシ当量１
９２ｇ／ｅｑ；旭化成エポキシ（株））１０ｇの混合物
に室温（２５℃）において添加・混合し、フラックスを
調製した。該フラックスに含まれるエポキシ樹脂とカル
ボン酸は、エポキシ基１当量に対してカルボキシル基１
当量となるように配合されている。Ｓｎ８Ｚｎ３Ｂｉ合
金を用い、該ハンダ粒に上記フラックスを室温（２５
℃）において添加・混合し、クリームハンダ組成物とし
た。上記ハンダ合金は、ハンダ組成物全量に対して８８
質量％含有されている。該クリームハンダ中に含まれる
ｃｉｓ−４−シクロヘキセン−１，２−ジカルボン酸は
低分子量有機カルボン酸であるため、Ｚｎと低分子量の
塩を形成する。また、該カルボン酸は室温では固体とし
て分散させた。
【００４９】上記ハンダ組成物を調製した後１時間後に
ハンダ組成物の粘度を測定したところ２３０Ｐａ・ｓで
あった。また、冷蔵庫（５℃）で３箇月保管した後の該
ハンダ組成物の粘度は２４０Ｐａ・ｓとほぼ同様であ
り、経時変化が起こりにくかった。また、ハンダ濡れ性
は良好であり、さらにフラックス残渣無洗浄の場合でも
シリコーンゲル封止樹脂の硬化阻害を起こさず、鉛フリ
ーハンダに対して無洗浄で良好なハンダ付けが可能であ
った。
【００５０】（実施例２）上記の実施例１のｃｉｓ−４
−シクロヘキセン−１，２−ジカルボン酸に代えてＬ−
グルタミン酸（融点約２００℃；分子量１４７）３．８
３ｇを用いて、実施例１と同様にしてハンダ付けを行っ
た。該クリームハンダ中に含まれるＬ−グルタミン酸は
低分子量有機カルボン酸であるため、Ｚｎと反応しても
低分子量の塩が形成される。また、該カルボン酸は室温
では固体として分散させた。
【００５１】上記ハンダ組成物を調製した後１時間後に
ハンダ組成物の粘度を測定したところ２６０Ｐａ・ｓで
あった。また、冷蔵庫（５℃）で３箇月保管した後の該
ハンダ組成物の粘度は２６５Ｐａ・ｓとほぼ同様であ
り、経時変化が起こりにくかった。また、ハンダ漏れ性
は良好であり、さらにフラックス残渣無洗浄の場合でも
シリコーンゲル封止樹脂の硬化阻害を起こさず、鉛フリ
ーハンダに対して無洗浄で良好なハンダ付けが可能であ
った。
【００５２】（実施例３）上記の実施例３のｃｉｓ−４
−シクロヘキセン−１，２−ジカルボン酸に代えてマイ
クロカプセル構造を有する２，２−ジメチルグルタル酸
（融点８４℃、分子量１６０）４．１６ｇを用いて、実
施例１と同様にしてハンダ付けを行った。マイクロカプ
セルのシェル材には室温（２５℃）においてＺｎとの反
応性が低いエポキシ樹脂を用い、界面重合法によりマイ
クロカプセル化した。該マイクロカプセルの粒径は２μ
ｍであり、カプセル材の膜厚は０．２μｍとした。
【００５３】上記ハンダ組成物を調製した後１時間後に
ハンダ組成物の粘度を測定したところ２５０Ｐａ・ｓで
あった。また、冷蔵庫（５℃）で３箇月保管した後の該
ハンダ組成物の粘度は２５０Ｐａ・ｓと同じであり、経
時変化が起こりにくかった。また、ハンダ漏れ性は良好
であり、さらにフラックス残渣無洗浄の場合でもシリコ
ーンゲル封止樹脂の硬化阻害を起こさず、鉛フリーハン
ダに対して無洗浄で良好なハンダ付けが可能であった。
【００５４】（比較例１）ベンゾイル−Ｄ−酒石酸（融
点１５５℃、分子量３５８）９．３２ｇにトリエチレン
グリコール５．８０ｇを加え、約１３０℃にフタル酸を
加熱し溶解した。その後、１００℃以下に冷却した後、
エポキシ樹脂ＡＥＲ２６０（ビスフェノールＡ型エポキ
シ樹脂、エポキシ当量１９２ｇ／ｅｑ；旭化成エポキシ
（株））１０ｇを加え、均一になるまで攪拌し、フラッ
クスを調製した。該フラックスに含まれるエポキシ樹脂
とカルボン酸は、エポキシ基１当量に対してカルボキシ
ル基１当量となるように配合されている。上記フラック
スを室温（２５℃）にまで冷却後、Ｓｎ８Ｚｎ３Ｂｉ合
金に上記フラックスを添加・混合し、クリームハンダ組
成物とした。上記ハンダ合金は、ハンダ組成物全量に対
して８８質量％含有されている。ベンゾイル−Ｄ−酒石
酸は室温においてハンダ組成物中に液状で存在している
ためハンダ合金中のＺｎと反応しやすく、またＺｎと反
応した場合には分子量の大きい塩を形成する。
【００５５】上記ハンダ組成物を調製した後１時間後に
ハンダ組成物の粘度を測定したところ２６０Ｐａ・ｓで
あった。一方、冷蔵庫（５℃）で１０日間保管した後の
該ハンダ組成物はクリーム状ではなく、固形に変化して
おり、明らかに経時変化が起こっていた。
【００５６】
【発明の効果】以上の述べたように、本発明のハンダ組
成物では鉛フリーＳｎＺｎ系合金を用いているため、Ｓ
ｎＡｇやＳｎＳｂなどの他の鉛フリーのＳｎ含有合金よ
り溶融温度が低く、結果としてリフローハンダ付けにお
いて熱に弱い電子部品の熱損傷をより小さくできる。ま
た、エポキシ系フラックスを用いているため、基板の腐
食やマイグレーション、さらには封止樹脂の硬化阻害を
起こさずに、該フラッックスの洗浄を不要とすることが
できる。さらに、本発明のハンダ組成物では、上記Ｓｎ
Ｚｎ中のＺｎと上記フラックス中の有機カルボン酸成分
との反応による組成物の粘度や印刷性やハンダ付け性等
の経時変化を防止するための構成を具えているため、本
発明のハンダ組成物を製造した後、長時間保存したよう
な場合であっても、このような経時変化の影響なしに、
長期間良好なハンダ付けが可能となる。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 鉛フリーＳｎＺｎ系合金と、少なくとも
    エポキシ樹脂および有機カルボン酸を含有するハンダ付
    け用フラックスと、を含有するハンダ組成物であって、
    前記有機カルボン酸が室温（２５℃）において前記ハン
    ダ組成物中に固体で分散されていることを特徴とするハ
    ンダ組成物。
  2. 【請求項２】 鉛フリーＳｎＺｎ系合金と、少なくとも
    エポキシ樹脂および有機カルボン酸を含有するハンダ付
    け用フラックスと、を含有するハンダ組成物であって、
    前記有機カルボン酸が１００〜２００ｇ／ｍｏｌの分子
    量を有することを特徴とするハンダ組成物。
  3. 【請求項３】 前記有機カルボン酸が室温（２５℃）に
    おいて前記ハンダ組成物中に固体で分散されていること
    を特徴とする請求項２に記載のハンダ組成物。
  4. 【請求項４】 鉛フリーＳｎＺｎ系合金と、少なくとも
    エポキシ樹脂および有機カルボン酸を含有するハンダ付
    け用フラックスと、を含有するハンダ組成物であって、
    前記有機カルボン酸がエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、
    ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル
    樹脂、ポリウレア樹脂、ポリオレフィン樹脂、およびポ
    リスルホン樹脂からなる群から選択された膜に覆われた
    マイクロカプセル構造を形成していることを特徴とする
    ハンダ組成物。
  5. 【請求項５】 鉛フリーＳｎＺｎ系合金と、少なくとも
    エポキシ樹脂および有機カルボン酸を含有するハンダ付
    け用フラックスと、を含有するハンダ組成物であって、
    前記ＳｎＺｎ系合金がエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、
    ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル
    樹脂、ポリウレア樹脂、ポリオレフィン樹脂、およびポ
    リスルホン樹脂からなる群から選択された膜に覆われた
    マイクロカプセル構造を形成していることを特徴とする
    ハンダ組成物。
  6. 【請求項６】 前記エポキシ樹脂が、ビスフェノールＡ
    型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノ
    ボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、および
    これらの混合物からなる群から選択されることを特徴と
    する請求項１から５のいずれか１項に記載のハンダ組成
    物。
  7. 【請求項７】 前記有機カルボン酸が、飽和脂肪族系ジ
    カルボン酸、不飽和脂肪族系ジカルボン酸、環状脂肪族
    系ジカルボン酸、アミノ基含有カルボン酸、水酸基含有
    カルボン酸、複素環系ジカルボン酸、およびこれらの混
    合物の群から選択されることを特徴とする請求項１また
    は６のいずれか１項に記載のハンダ組成物。
  8. 【請求項８】 前記有機カルボン酸が１３０〜２２０℃
    の融点を有することを特徴とする請求項１または７のい
    ずれか１項に記載のハンダ組成物。
  9. 【請求項９】 前記フラックスがアルコールをさらに含
    有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項
    に記載のハンダ組成物。
  10. 【請求項１０】 前記アルコールが多価アルコールであ
    ることを特徴とする請求項９に記載のハンダ組成物。
  11. 【請求項１１】 前記フラックス中、前記エポキシ樹脂
    および有機カルボン酸はフラックス全量に対して合計で
    ７０〜１００質量％で含有され、前記アルコールはフラ
    ックス全量に対して０〜３０質量％で含有され、前記エ
    ポキシ樹脂および有機カルボン酸はエポキシ基１．０当
    量に対してカルボキシル基０．８〜２．０当量であるよ
    うに配合されていることを特徴とする請求項１から１０
    のいずれか１項に記載のハンダ組成物。
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